Эволюция против глобальных изменений климата: ученые делают уникальное открытие в морских ежах

Ученые из университета Санта-Барбары в Калифорнии недавно установили, что пурпурные морские ежи обладают умением чрезвычайно быстрого приспособления к изменениям внешних условий, которое проявляется уже в первом поколении потомков.

Этот открытие может иметь значительное влияние на понимание глобальных процессов, которые сейчас происходят на планете.

Как человечество меняет океан

Для того, чтобы понять значение нового исследования, надо начать с несколько другой. Когда речь идет о климатических изменениях на Земле, то среди других последствий называют также поднятие уровня мирового океана. Нас, конечно, больше интересует судьба прибрежных частей суши, где компактно проживают миллионы людей.

Однако в поднятии уровня Мирового океана есть еще один негативный аспект: чрезвычайно богатое видовое разнообразие прибрежной зоны, в том числе коралловые рифы, приспособленные жить в достаточно узком диапазоне освещенности, температуры, насыщенности кислородом и питательными веществами. Проще говоря, эти виды приспособлены к жизни только на определенной глубине.

Когда из природных или антропогенных причин происходят резкие изменения уровня мирового океана, их последствия можно отследить по коралловым рифам через тысячи лет после того, как они произошли. В частности, в 2017 году исследователи изучили два микроатолы у берегов индонезийского острова Белитунг.

Отметины уровня океана на микроатолах

Микроатолы является удобным объектом для изучения уровня Мирового океана. Подобно тому, как дерево растет таким образом, что на его срезе видны годовые кольца, микроатол растет от центра, постепенно образуя все шире кольцо. И новые слои на этом кольце формируются на определенной глубине, определяется уровнем моря. Именно на этой глубине в определенный промежуток времени живут и умирают кораллы.

Эволюция против глобальных изменений климата.
Микроатол. Источник: Ed Lovell / Australian Institute of Marine Science

Исследование микроатолив показало, что в период между 6850 и 6500 г. Уровень Яванского моря, в котором находится остров Белитунг, по крайней мере дважды рос на 60 сантиметров и снова снижался. Чем это было вызвано сегодня остается загадкой. Собственно, именно исследование было проведено для того, чтобы понять, насколько же резкими могут быть естественные колебания уровня мирового океана и какими процессами они могут сопровождаться.

Не так давно ученые могли говорить только о природных изменения климата, продолжительность которых достигала тысяч и десятков тысяч лет. Теперь же, мы можем утверждать, что в природе глобальные климатические изменения могут происходить за годы и десятилетия. И это особенно важно, учитывая то, что по прогнозам ученых к концу 21 века уровень мирового океана может увеличиться на величину от 60 до 120 сантиметров.

Что меняет состав морской воды

Основную опасность для обитателей океана представляет не изменение его уровня, а изменение концентрации растворенных в воде веществ. Влияние человека на нее имеет сложный характер, но он в основном связан с выбросами диоксида углерода . Этот газ, выбросы которого сейчас пытаются всячески ограничить, имеет меньше кислород прозрачность в инфракрасном спектре. Из-за этого он поглощает больше энергии, разогревая атмосферу. Это приводит к увеличению испарения с поверхности океана, а водяной пар также является парниковым газом.

Потоки талой воды на леднике, Гренландия.
Потоки талой воды на леднике, Гренландия.

В то же время, продолжают таять ледники . Лед имеет значительный коэффициент отражения солнечных лучей, поэтому Антарктида и Гренландия отражают большое количество энергии Солнца. Когда их площадь начинает уменьшаться, то общее количество лучистой энергии, ее поглощает Земля растет. В свою очередь, большое количество талой воды, поступающей к океану, снижает его соленость.

30% углекислого газа, попадающего в атмосферу благодаря человечеству, поглощается океаном, однако это не улучшает ситации, поскольку это приводит к снижению рН , то есть растет кислотность воды. Но самую большую угрозу несет уменьшение растворенного в воде кислорода. Кислород лучше растворяется в холодной воде, чем в теплой, поэтому во многих местах, где температура воды значительно возросло за последние десятилетия, наблюдается образование бескислородных зон.

Задушливий океан

Исследование бескислородных зон пространно освещается в статье 2016 в журнале Pacific Standard. В ней авторы, опираясь на многочисленные свидетельства, сообщают о появлении таких зон у западного побережья Северной Америки и на атлантическом побережье Африки. Также они предполагают, что некоторые глобальные вымирания виднелся в прошлом, которые в морях были более масштабными, чем на суше, были вызваны именно изменением состава растворенных в морской воде веществ.

Эволюция против глобальных изменений климата.
Масса японских крабов-пауков в океане у побережья Мельбурна. Кадр из документального фильма «Океаны» 2009 Источник: The Australian

О том, что эта проблема не была придумана учеными, а такова, что непосредственно касается миллионов людей во всем мире, также ярко свидетельствует тот факт, что первыми на нее обратили внимание рыбаки на побережье Калифорнии. В начале 2000-х годов они начали замечать, что крабы в их ловушках все чаще оказываются уже мертвыми из-за нехватки кислорода.

И хотя недостаток кислорода остается самой большой угрозой для прибрежных экосистем, изменение кислотности воды также сказывается. Человечество продолжает очень сильно зависеть от той пищи, которую оно получает из океана. Преимущественно, это достаточно крупная рыба, не сразу почувствует последствия изменения состава воды. Но для того, чтобы набирать вес, этим рыбам тоже нужно чем-то питаться.

Одним из важнейших пищевых ресурсов для рыбы являются морские улитки или птероподы . И вот недавно было замечено, что эти беспозвоночные начали массово гибнуть. Исследование , проведенное Национальным агентством атмосферных и океанических исследований США показало, что причиной этого явления стало поражение ракушек морских улиток водой с низким уровнем рН.

Морской улитка. Источник: NOAA
Морской улитка. Источник: NOAA

Конечно, если бы изменения кислотности происходили в течение тысяч лет, эволюционный механизм смог бы изобрести решение для улиток. Но, к сожалению, изменения кислотности воды происходят по значительно более короткие промежутки времени. Поэтому присутствие на нашем столе морской рыбы в недалеком будущем вполне может зависеть от того, хватит ли улиткам времени на эволюцию.

Успеет ли эволюция?

До недавнего времени ученые предполагали, что эволюция просто не может так быстро находить решения проблем, и в таких катастрофических изменений все заканчивается разрушением пищевых цепочек и массовым вымиранием. И вот появляется исследования о морских ежей. Эти создания живут в той же среде, где и птероподы — в прибрежной зоне. И так же страдают от повышения кислотности воды.

Эволюция против глобальных изменений климата.
Коррозия ракушки морской улитки. Источник: PSMAG

В новом исследовании ученые взяли нескольких морских ежей и поместили их на четыре с половиной месяца в два бака с водой. В первом контейнере поддерживался нормальный уровень рН, а во втором — занижен. В морских ежей были отобраны половые клетки, после чего яйца самок с обеих баков были оплодотворены половыми клетками одного и того же самца, который жил в обычных условиях.

После этого зародыши морских ежей, которые начали развиваться в условиях повышенной кислотности воды, были тщательно исследованы. Исходя из обычных представлений о генетике, они не должны сильно отличаться друг от друга. Однако исследования показали, что зародыши, которые образовались из яиц самок, живших в стрессовых условиях, оказались более устойчивыми и более приспособленными к новым условиям.

Пурпурный морской еж
Пурпурный морской еж (Strongylocentrotus purpuratus)

Исследователи объясняют это действием эпигенетических факторов. Экспрессия определенных генов в течение жизни самок могла повлиять на их яйца, что фактически означает, что их развитие «подтолкнули» в сторону лучшей адаптации к новым условиям. А это может означать, что и другие виды морских существ способны адаптироваться к изменениям состава морской воды, а продовольственный кризис может оказаться не такой острой.

Новое понимание связей в природе

Проведенные исследования подталкивают нас к новому пониманию того, как устроен связь между биосферой и климатом. Ранее ученые могли лишь констатировать, что в течение миллионов лет климат Земли мог испытывать резких изменений, которые определенным образом влияли на воду в мировом океане, а морские организмы имели реагировать на это.

Теперь же мы подошли к тому, чтобы понять конкретные механизмы этих изменений. Или приводят кратковременные события, такие как извержение вулканов и локальные температурные максимумы к столь сильных изменений климата, они снижают численность тех или иных видов, а то и разрушают имеющиеся пищевые цепочки? Какие абиотические и биотические механизмы позволяют системе, баланс которой был нарушен всего за несколько лет, в максимально короткие сроки вернуться к норме?

Интересные вопросы возникают и по связи эволюции и экологии. Имеющиеся на сегодня теории не могут ответить на вопрос, как держать себя определенная экосистема в условиях стремительных кратковременных изменений. Традиционно, такие системы рассматривают в более или менее постоянных условиях, когда все изменения среды относительно медленные и у видов есть время эволюционировать, образуя новые экологические ниши и выстроить пищевые цепочки.

Катастрофа или эволюция?

Для глобальных же изменений климата принято рассматривать катастрофический сценарий, когда гибель низших пищевых звеньев вызывает гибель верхних, и ничто не может остановить этот процесс. От богатых экосистем остаются только отдельные виды, после чего происходит «взрыв» видообразования и состоит совершенно новая экосистема.

Однако исследования микроатолив и морских ежей указывают на то, что в природе может существовать и более стремительный механизм адаптации экосистем, который позволяет им переживать кратковременные изменения климата. Вполне возможно, что экосистемы значительно более пластичными, чем мы считали, и способны приспосабливаться к катастрофическим изменениям одного фактора без полной замены всех видов.

Все эти вопросы мы только начинаем ставить, и на них нам должны помочь найти ответ новые исследования. Человек остается зависимой от глобальных процессов, происходящих на Земле, и частью которых она является. И единственный способ не стать беспомощным наблюдателем этих процессов — понять их природу.

 

 Видовое разнообразие имеет потенциал преодолеть последствия глобальных изменений климата. 

 

 

 

 

 

 

 

 

ОСТАВЬТЕ ОТВЕТ

Пожалуйста, введите свой комментарий!
Пожалуйста, введите ваше